HEC-RAS模型在跨河桥梁防洪壅水计算中的应用

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HEC-RAS模型在桥梁阻水壅高计算中的应用

ＲＡＳｍｏｄｅｌｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｂｉｄｒｇｅｂａｃｋｗａｔｅｒｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｂａｓｉｃｍｅｔｈｏｄａｎｄｍａｔｔｅｒｓｎｅｅｄｉｎｇａｔｔｅｎｔｉｏｎ，ＨＥＣ — ＲＡＳｍｏｄｅｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｉｓ
水高度相差不大，取得了较好的效果．值得推广应用，【关键词】ＨＥＣ．ＲＡＳ模型；桥梁；阻水壅高；应用【中图分类号】Ｔｖｌ３１．４【文献标识码】Ａ【文章编号】１００８ — １１５ｌ（２０１３）０６．００７２－０３
ＴｈｅＨＥＣ・ＲＡＳｍｏｄｅｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｂｒｉｄｇｅｉｎｄｉｃａｔｅｓｈｉｇｈｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｗａｔｅｒｃａｌｃｕｌａｉｏｔｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｈｕｉｚｈｏｕｈｏｎｇｈａｉ ’ ｓｉｆｎｅｃｈｅｍｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙｂａｓｅｉｎｂａｃｋｗａｔｅｒｃｌｃａｕｌａｔｉｏｎｓｔｅｐｕｐｄｒａｉｎｃｒｅｅｋｂｉｄｒｇｅ，ＨＥＣ —
总第１５卷１６６期２０１３年６月
大众科技
ＰｏｐｕｌａｒＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

HEC-RAS在洪水模拟中的应用

HEC-RAS在洪水模拟中的应用Application of HEC-RAS in simulation of flood 摘要：HEC-RAS是一款河流水力分析程序，在国外及台湾地区已得到广泛应用。

本文结合小沂河治理工程，简述HEC-RAS的研发过程、基本原理、功能特性，介绍该程序运行前的准备工作、运作流程及其在洪水模拟中的应用效果，得出几点结论，希望对HEC-RAS的推广有所裨益。

关键词：HEC-RAS；洪水模拟；水面线1 前言随着为期三年、轰轰烈烈、卓有成效的“山东省小型病险水库除险加固工程”进行攻坚收关阶段，我省水利工作下一步将转入河流防洪整治。

加强中小河流治理作为国家公共服务重点工程防洪减灾的重要内容和水利建设的主要任务，已明确列入《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》和《水利发展“十二五”规划》。

水利部、山东省水利厅已颁布相关文件（水利部办规计[2008]211号《关于做好重点地区中小河流治理规划编制工作的通知》、鲁水规计字[2008]143号《关于做好重点地区中小河流治理规划编制工作的通知》），为中小河流治理指明了方向。

为此，邹城市政府启动小沂河治理工程，以此作为河流治理试点，为河流治理工程全面展开积累经验。

本文结合小沂河治理工程，介绍HEC-RAS模型在洪水模拟中的应用，希望对HEC-RAS的推广有所裨益。

2 HEC-RAS简介HEC-RAS是由美国陆军工程兵团水文工程中心（Hydrologic Engineering Center，HEC）编制的河流水力分析程序（River Analysis System，RAS），其第一个版本(HEC-RAS1.0)发布于1995年,此后,先后发布了多个升级版本。

该程序为全 Windows 图形界面，操作简单，可以计算恒定流、非恒定流，可模拟桥梁、涵洞、溢流坝，可定义死水区、堤线等等。

该程序采用的公式都可以在武汉水院编的《水力计算手册》找到。

hec-ras模型及其在桥梁阻水壅高计算中的应用

hec-ras模型及其在桥梁阻水壅高计算中的应用1. 桥梁阻水壅高问题的背景与意义桥梁是现代交通建设的重要组成部分，其安全性和可靠性对交通运输的顺畅至关重要。

然而，桥梁在面对洪水等自然灾害时，往往面临着阻水壅高的问题，这不仅会对桥梁自身造成破坏，还会对周边地区造成严重的洪灾。

因此，研究桥梁阻水壅高问题具有重要意义。

2. 桥梁阻水壅高问题的基本原理桥梁阻水壅高是指在洪水等自然灾害中，河道中流速增大、流量增大时，在桥墩、墩台、拱顶等部位形成临时性堰塞现象。

这种堰塞现象会导致河道上游形成较大的涌浪和涌浪泄流过程中产生较大压力和力矩，在河道上游形成较大涌浪和压力作用下产生较大冲击力。

3. HEC-RAS模型在桥梁阻水壅高计算中的应用HEC-RAS（Hydrologic Engineering Centers River Analysis System）是美国陆军工程兵中心开发的一种水力学模型软件，用于模拟河流和河道的水流情况。

在桥梁阻水壅高计算中，HEC-RAS模型可以通过建立河道的数学模型，计算桥梁所在位置的水流情况，从而预测桥梁阻水壅高的可能性。

4. HEC-RAS模型建立与参数设置在使用HEC-RAS模型进行桥梁阻水壅高计算前，需要进行一系列的建立和参数设置工作。

首先，需要通过测量和调查获取河道几何形态数据，并进行数字化处理。

其次，需要收集和整理相关流量数据，并进行输入。

然后，在HEC-RAS软件中建立数学模型，并设置相关参数如河床摩阻系数、边界条件等。

最后，通过对所建立的数学模型进行验证和调整。

5. HEC-RAS模拟与分析在完成HEC-RAS模型建立与参数设置后，可以进行桥梁阻水壅高计算。

首先，在HEC-RAS软件中输入预测洪峰流量、洪峰时刻等数据，并选择相应的计算方法如一维或二维方法等。

然后，在计算过程中观察分析水流速度、水位、流量等参数的变化情况，以及桥梁所在位置的水流情况。

最后，根据计算结果，评估桥梁阻水壅高的可能性和严重程度。

基于HEC-RAS模型的克什米大桥防洪评价中的壅水计算

ｉｓｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇｏｆｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇｐｒｏｊｅｃｔｓ．
ＹＥＰｅｉ，ＬＩＵＸｉａｏ — ｂｉｎｇ，ＺＥＮＧＹ０ｎｇ－ｚｈｏｎｇ
（ＸｉＨｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｗｈｕａｎ６１００３９，Ｃｈ／ｎａ）
面积及水流流速。通过对ＨＥＣ—ＲＡＳ模拟结果与Ｙａｒｎｅｌｌ经验公式计算结果进行比较，发现水位壅高值
相差不大。因此，ＨＥＣ—ＲＡＳ模型对于桥梁阻水壅高的计算可靠，便于分析，可在设计工作中推广应用。
关键词：克什米大桥；ＨＥＣ —ＲＡＳ模型；壅水；河道水面线中图分类号：Ｔｖ８７７文献标识码：Ａ文章编号：１６７２一ｌ１４４（２ｏ１４）０６＿＿０００９ —ｏ５
ｈｅｔｂａｃｋｗａｔｅｒｈｅｉｈｔｇｉｓｆａｉｒｌｙｒｅｌｉａｂｌｅ，ｎｄａｈｅｔｒｅｓｕｌｔｓｏｂｔｉａｎｅｄｈｒｔｏｕｇｈｔｈｉｓｓｏｆｔｗａｒｅｃａｎｂｅｎａａｌｙｚｅｄｅａｓｉｌｙ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｉｔ
１００ｙｅａｒｓｎｄａ１０ｙｅａｒｓ．ＢｙｕｓｉｎｇｈｅｔｂａｓｉｃｐｉｎｒｃｉｐｌｅｓｎｄａｈｅｔｍａｉｎｍｅｈｏｔｄｓｏｆＨＥＣ—ＲＡＳｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｂａｃｋｗａｔｅｒｈｅｉｇｈｔ，

HEC-RAS一维恒定流模型在水面线计算中的应用研究

376.30
376.29
376.96
376.98
377.99
377.95
379.40
379.69
差值/m
0.00 0.23 0.08 0.07 0.10 0.36 0.15 0.11 0.05 0.40 0.70 -0.04 -0.02 0.28 -0.20 0.05 -0.07 0.69 -0.01 0.02 -0.04 0.29
1 HEC-RAS 软件简介
HEC- RAS 软件是由美国陆军工程兵团（US Army Corps of Engineers）工程水文中心（Hydrologic Engineering Center）研发的一种多用途，可在多用户网络环境中交互使用的河流分析系统（River Analysis System）。HEC-RAS 软件包含了四个水动力模块：恒定流水面线计算；一维、
真实准确。
2.2.3 输入糙率（曼宁系数 n ）数据。HEC-RAS 可
根据断面不同地类设置糙率，或根据断面不同水位（水
深）设置糙率，本次计算根据河道特征进行综合分析类
比，选取糙率主河槽 0.025、滩地 0.035、水塘 0.045、旱田
0.06、村屯 0.07、林地 0.15。
2.2.4 输入水流数据和边界条件。HEC-RAS 软件
Research on Application of HEC-RAS One-dimensional Constant Flow Model in Water Surface Line Calculation
ZHANG Chong
（Jilin Province Water Resource and Hydropower Consultative Company，Changchun Jilin 130021）

HEC-RAS模型在跨河桥梁防洪壅水计算中的应用

HEC-RAS模型在跨河桥梁防洪壅水计算中的应用摘要：介绍了HEC-RAS模型计算桥梁壅水的基本原理和应用范围，利用 HEC-RAS 模型计算了50年、20年和10年一遇设计洪水频率下跨河桥梁建设前后河道水面线，分析了桥梁建设前后上游河道水位的壅高，并利用规范的经验公式对计算结果进行了验证，结果表明两者的计算值相差均较小，HEC-RAS模型用于跨河桥梁的壅水计算是合适的。

关键词：HEC-RAS模型；防洪；壅水高度；水面线0 引言随着社会经济的发展和需要，河道中出现越来越多的涉河工程，这些跨河桥梁的的建设侵占行洪断面[1]面积，造成河道水位壅高，对河道防洪产生了较大影响。

根据《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则(试行）的规定，对占用河道断面，影响洪水下泄的阻水建筑物，应进行壅水计算。

本文基于HEC-RAS[2]模型对跨河桥梁的壅水进行了研究。

1 HEC-RAS模型介绍HEC-RAS是美国陆军工程兵团水文工程中心（USACEHEC）开发的河流分析系统（RAS）软件，主要由河流恒定流模型、非恒定流模型、泥沙分析模型、水质分析模型、以及水力设计模块等组成，其在河道水力分析计算中有着广泛应用，且软件经过工程验证，是国际上有名的水文水力工程软件之一。

HEC-RAS 软件通过不同子模型可以模拟不同设计方案的河道沿程水位、水质变化分析，以及泥沙输移变化规律等，各子模型的地形文件可以很好地处理各种涉河建筑物如桥梁、涵洞、侧向堰、拦河闸坝、阻水障碍物等，同时可生成河道横断面图、水位～流量过程曲线、河道三维断面图等各种分析图表，为河道整治[ 3,4] 、两岸淹没风险分析、防洪堤建设、涉河建筑物设计、模拟溃坝洪水[5] 等方面决策提供服务，使用十分便捷，可以大大减小计算工作量。

1.1基本原理HEC-RAS 软件包括图形界面、水力分析模块、资料输入与管理模块、以及结果输出模块等功能。

用户操作界面见图1，该界面可以进行新建工程，地形和流量文件编辑与管理，并根据不同模拟需求进行恒定流、非恒定流、泥沙、水质分析等。

HEC_RAS在溢洪道水面线计算中的应用_侯艳

HEC -RAS 在溢洪道水面线计算中的应用侯艳,王龙(四川远河水利规划设计咨询有限公司,四川成都　610041)摘　要:HEC -RA S 软件是一款在国内外河道水面线计算中广泛运用的软件,但是在中小型水库溢洪道水面线计算中应用较少。

通过工程实例将HEC -R AS 计算结果与传统水面线计算结果相比较,该软件计算溢洪道水面线既省时又精确,还可获得流速、水头等其它结果,所以可在今后的设计中推广应用。

关键词:HEC -RA S ;溢洪道;水面线;逐段求水深中图分类号:TV651.1;TV131.4 文献标识码:A 文章编号:1006-3951(2012)04-0033-03DOI :10.3969 j .is sn .1006-3951.2012.04.010Application of HEC -RAS to Calculation ofWater Surface Profile of a SpillwayHOU Yan ,W ANG Long(Sichuan Yuanhe Hydro Planning and Design Consulting Co .,Ltd .,Chengdu 610041,Sichuan ,China )A bstract :HEC -R AS is a software which has widely been used in calculation of river channel water surface profiles at home and abroad ,but not in calculation of spillway water surface profiles for medium and small size water reservoirs .The comparison made between the HEC -R AS based calculation results and the traditional water surface profile calculation re -sults for the practical engineering projects sho ws that the calculation of spillway water surface profiles using HE C -R AS software is quicker and more precise ,and in addition more results such as flow velocity and water head could be ob -tained .Therefore it can be spread and used in the future design .Key words :HEC -R AS ;Spill w ay ;water surface profile ;water depth calculation in sections0　前言HEC -RAS 是一款可以完成一维恒定流和非恒定流的河道水力计算软件,在国内外河道水面线推算中已得到广泛应用。

HEC-RAS 在溢洪道水面线计算中的应用

HEC-RAS 在溢洪道水面线计算中的应用发表时间：2020-09-17T03:32:31.191Z 来源：《建筑细部》2020年第14期作者：陈秋锋李红丽[导读] HEC-RAS软件现普遍应用于河道水面线推求，但在中小型水库溢洪道水面线中应用较少。

现状中的有些溢洪道只设宽顶堰，直接采用现状山区河道作为泄槽，此类溢洪道水面线时传统方法计算较为不便。

北京水务咨询有限公司北京市 10048摘要：HEC-RAS软件现普遍应用于河道水面线推求，但在中小型水库溢洪道水面线中应用较少。

现状中的有些溢洪道只设宽顶堰，直接采用现状山区河道作为泄槽，此类溢洪道水面线时传统方法计算较为不便。

本文通过工程实例利用HEC-RAS软件计算水面，该软件计算溢洪道水面线高效精确，同时还能获得横断面形态图、流量及水位过程曲线、复式河道三维断面图等结果，所以可在设计中应用。

关键词：HEC-RAS；溢洪道；水面线前言：HEC-RAS可建立河道稳定和非稳定流一维水力水力分析模型，普遍用于河道水面线推求。

但在溢洪道计算中尚未普遍应用。

传统溢洪道水面线计算主要根据一维能量方程，利用逐段求水深法，计算思路是先给定个断面位置，再冲控制断面出发逐个计算出下一个断面的水深。

但是现状水库安全评价中，发现有些溢洪道只设宽顶堰，直接采用现状山区河道作为泄槽，在这种情况下利用传统方法，不仅需要大量试算，而且计算不准确，但采用HEC-RAS只需输入断面，设好参数，就可以得出水面线，为设计节省大量时间。

1 HEC-RAS软件简介HEC-RAS是由美国陆军工程兵团水文工程中心开发的水面线计算软件包。

HEC-RAS适用于河道稳定和非稳定流一维水力计算，其功能强大，可进行各种涉水建筑物（如桥梁、涵洞、防洪堤、堰、水库、块状阻水建筑物等）的水面线分析计算。

计算溢洪道水面线会用到HEC-RAS软件中的恒定流计算。

HEC-RAS软件计算原理基于一维能量方程，逐断面采用直接步进法推求，对急流缓流和临界流3种流态就行水面线计算。

HEC-RAS在排洪渠覆盖工程防洪论证中的应用

HEC-RAS在排洪渠覆盖工程防洪论证中的应用发表时间：2012-12-06T14:23:28.640Z 来源：《建筑学研究前沿》2012年7月Under供稿作者：谭艳晖[导读] 可以认为，拟建工程的建设，对排洪渠的行洪排涝不会造成较大不利影响。

谭艳晖（广东粤源水利水电工程咨询有限公司，广东广州 510635）摘要：应用HEC-RAS软件对某排洪渠覆盖工程进行防洪论证，分析工程前后的水文变化，评价其对防洪的影响，为工程建设提供科学依据。

关键词：HEC-RAS 防洪论证HEC-RAS PaiHong covered in the engineering application of flood control demonstrationTanYanHui(guangdong guangdong source of water conservancy and electricity consultation Co., LTD, guangdong guangzhou 510635) Abstract: the application of a HEC-RAS software PaiHong canal cover flood control project demonstration, analysis of the hydrological changes before and after engineering, evaluation of the influence of the flood, and provide scientific basis for the engineering construction.Keywords: HEC-RAS flood control demonstration1 项目概况为了更有效地将珠海城市交通与城际轨道交通衔接起来，拟于昌盛路以南、桂花南路以西地块建设公交枢纽站。

HEC-RAS软件在珠江三角洲河道溃堤洪水模拟中的应用

HEC-RAS软件在珠江三角洲河道溃堤洪水模拟中的应用方泽建【摘要】The River Delta one-dimensional unsteady flow model is constructed by using HEC-RAS software , and the model with Lateral Structure Breach is used to simulate Luogewei levee break process in Foshan City , around Huyong parking lot.The model simulation can get the discharge process of breach ,the water level of the river and the water level with different breach width and the repair time.The results show that the breach width is an important factor to influence the design waterlevel.When the breach width reaches a certain value ,the design water level will tend to be stable.The levee break model based on HEC-RAS can simulate the levee break process combining with the local emergency flood fighting ,and it can provide a reliable technical sup-port for the design of parking lot located in the Zhu River Delta dike.%运用HEC-RAS软件构建珠江三角洲一维河网非稳定流水动力模型，利用该模型与侧向水工结构溃坝模块（Lateral Structure Breach），进行湖涌停车场所在佛山市罗格围的溃堤模拟计算。

HEC-RAS在跨河桥梁防洪壅水计算中的应用

HEC-RAS在跨河桥梁防洪壅水计算中的应用李宗伟;陈锋彪【摘要】利用H EC-RAS计算了两种洪水工况下跨河桥梁建设前后的水面线,确定了桥梁建设后引起壅水的高度,并利用规范的经验公式对计算结果进行了验证,结果表明两者的计算值相差均较小,HEC-RAS用于跨河桥梁的壅水计算是合适的.【期刊名称】《长春工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(016)004【总页数】3页(P49-50,67)【关键词】HEC-RAS;防洪;壅水高度;水面线【作者】李宗伟;陈锋彪【作者单位】长春工程学院,长春130012;山东省东明县水务局,山东菏泽274500【正文语种】中文【中图分类】TV131.4跨河桥梁的建设侵占行洪断面[1]面积，给河道行洪和两岸堤防安全造成一定影响。

同时桥梁设计本身也要考虑由于河道行洪断面的减少引起的壅水。

为保证河道的行洪安全以及两岸堤防和桥梁本身的安全运行，需要开展跨河桥梁防洪影响评价[2]工作，研究由于跨河桥梁建设引起的水位壅高[3]。

本文基于HEC-RAS[4]模型对跨河桥梁的壅水进行了研究。

HEC-RAS是美国陆军工程兵团水文工程中心研发的一维河流分析系统，包括稳定流、非稳定流的水面线[5]计算，泥沙分析和水力设计功能。

稳定流可对河网或单河段的各种流态进行水面线计算。

计算原理基于一维能量方程，逐个断面的通过标准步进法求解。

能量方程如下：，图1清晰地展示了能量方程中的各个参数的物理意义。

其中，水头损失包括沿程损失和局部损失。

采用稳定流计算对防洪评价中的建筑物壅水进行计算。

2.1 工程概况某大桥跨越珲春河干流，位于骆驼河口上游1 797m处，根据地形、地质、水文条件，本桥设置于桩号：K2+827。

桥梁总长990m，共31孔，桥梁结构型式为5×30 m+6×40m+20×30 m简支转连续T梁(箱梁)桥，其中30 m跨径采用箱梁结构，40 m跨径采用T梁结构，桥梁的起始端和末端采用跨越方式跨过堤防。

Hec-Ras软件在桥梁防洪评价中的应用

赵渭军．ｃ２方法在桥梁壅水水面线计算中的应用ｌ１浙江Ｈｅ－．Ｊ
水利科技，９４，４：９５．１９（）４ — ４
李付军，张佰战．渡壅水计算．道标准设计，０５５：桥铁２０（）
５两种计算方法的比较
４２计算结果．
根据桥址断面图和计算得到的桥墩阻水要素．虑冲刷考
值，０年一遇洪水时，大壅高值为０９＇１０年一遇洪水ｌ最．０１．０／１
系数后代入壅水高度公式进行计算．算结果见表３计。
的修正值，
为修正系数。由于建桥后桥墩处断面流速增
加，流挟沙能力增强，桥下断面引起冲刷，着断面面积水在随增加，流速度减小，流挟沙能力减弱，桥下流速减小到水水待
顺濞河河床土质属中等密实土，据规范中推荐值，＝根
ｐ。床单断，得ｍ牛由可 × 河属一面代 × 此入＝。
以看出．桥后的断面平均流速相当于建桥前断面天然流速建
筑，０５：２１．２０１— ４
（Ｈｅ－ｓ软件计算方法对断面资料要求较高。条２）ｃＲａ在件允许的情况下应尽可能地多设断面，以提高计算精度。

HEC-RAS模型在桥墩壅水计算与影响分析中的应用

HEC-RAS模型在桥墩壅水计算与影响分析中的应用燕琴;牛娇【摘要】HEC-RAS is a one-dimensional hydrodynamic model.Constantflow model in HEC-RAS model can be used for analysis and calculation of Shangyoujiang bridge backwater during construction period or after completion.The results showed that the maximum backwater height valueis 0.02m in the event of a 5 year flood during construction period of Shangyoujiang bridge.The maximum backwater height value is0.01m,0.02m,0.03m in the event of 5 year,10 year,50 year flood after completion of Shangyoujiang bridge.Due to the construction backwater of the Shangyoujiang bridge is very small.Its impact on river flood safety is smaller,and less impact on the upper reaches of river drainage.By incorporating the energy balance equation,constant flow model in HEC-RAS model can be used in analysis of pier backwater calculation and influence.The parameter setting is simple,the section layout is convenient,and it is worth popularizing.%HEC-RAS是一种一维水动力模型,采用HEC-RAS中的恒定流模型对上犹江特大桥施工期和建桥后进行壅水分析和计算.计算得上犹江特大桥施工期5年一遇洪水最大壅高值为0.02 m;建成后10 年一遇、20年一遇以及50 年一遇洪水最大壅高值分别为0.01 m、0.02 m 和0.03 m;大桥的兴建引起的壅水较小,因此对河道行洪安全影响较小,对河段上游河段排涝影响较小.HEC-RAS中的恒定流模型基于能量方程,利用该模型对桥墩进行壅水计算及防洪影响进行分析,参数设置简单,断面布设方便,值得推广.【期刊名称】《江西水利科技》【年(卷),期】2017(043)001【总页数】4页(P38-41)【关键词】HEC-RAS模型;上犹江特大桥壅水计算;恒定流模型;能量方程【作者】燕琴;牛娇【作者单位】华北水利水电大学水利学院,河南郑州 450011;江西省水利科学研究院,江西南昌330029【正文语种】中文【中图分类】TV133河道内兴建桥梁，由于施工期在河道内修筑围堰，以及大桥建成后，桥墩、桥台的存在，将使河道桥位横断面缩窄，行洪断面减小，使得桥梁上游河段产生壅水。

hec-ras模型及其在桥梁阻水壅高计算中的应用

hec-ras模型及其在桥梁阻水壅高计算中的
应用
HEC-RAS（Hydrologic Engineering Centers' River Analysis System）是美国陆军工程部（US Army Corps of Engineers）开发的一种水力学建模软件，用于分析和模拟河流、水库和河口系统的水动力学行为。

HEC-RAS可以模拟水流的流速、流向、水位、流量等参数，并提供详细的水力学计算结果。

在桥梁阻水壅高计算中，HEC-RAS可以用于评估不同水位条件下的水流行为，包括流速、流量和水位的变化。

通过建立河流模型，可以模拟水流在桥梁下方的流动情况，并计算出流量、水位、流速等参数，从而评估桥梁的阻水壅高情况。

具体应用步骤如下：
1. 收集所需数据，包括河流几何信息、水流入口和出口信息、桥梁几何信息等。

2. 利用HEC-RAS软件建立河流模型，包括河流的几何结构、水流的流量输入与输出等。

3. 对模型进行参数设置，并进行模型的校核和验证，确保模型结果准确可靠。

4. 进行水动力计算，模拟不同水位条件下的水流行为，包括流速、流量和水位的变化。

5. 分析模型计算结果，评估桥梁的阻水壅高情况，判断是否满足设计要求。

6. 根据评估结果，进行桥梁的优化设计或者采取其他措施来解决阻水壅高问题。

HEC-RAS在桥梁阻水壅高计算中的应用可以提供准确的水动力参数，为桥梁设计提供重要的参考依据，有助于优化桥梁的设计和阻水
壅高问题的解决。

同时，HEC-RAS还可以用于河流管理、水库调度、洪水预警等方面的水力学分析和模拟，具有广泛的应用价值。

HEC-RAS模型的原理、结构及在防洪影响评价中的应用

HEC-RAS模型的原理、结构及在防洪影响评价中的应用陈龙;罗蔚【摘要】HEC-RAS model is an one-dimensional hydrodynamic software from oversea which can simulate single river channel and complex dendritic or cyclic river network system involved in bridges,gates and pumps.Starting from the basic framework of the model,the principles,composition and main purposes of HEC-RAS was introduced in this paper,with its application in flood control evaluation illustrated through project case,and the rationality of the HEC-RAS model was verified by the MIKE11 model.%HEC-RAS模型是国外一款一维水动力软件,可模拟涉及桥梁、涵闸、泵站等多种建筑物的单一河道、树状或环状河网复杂水力系统.本文从模型基本构架入手,介绍了HEC-RAS模型的原理、组成及主要用途,运用实例说明其在防洪评价中的应用,并用MIKE11模型对HEC-RAS模型成果合理性进行了验证.【期刊名称】《江西水利科技》【年(卷),期】2016(042)005【总页数】4页(P338-341)【关键词】HEC-RAS;Mike11;壅水;模型;防洪影响评价【作者】陈龙;罗蔚【作者单位】江西省水利规划设计研究院,江西南昌 330029;江西省水利规划设计研究院,江西南昌 330029【正文语种】中文【中图分类】TV133HEC-RAS模型由美国陆军工程兵团水文工程中心(Hydrologic Engineering Center)开发，主要用于天然河道或明渠一维恒定/非恒定流水面线计算。

基于HECRAS软件模型的桥梁壅水计算简析

ｎ
式中:Ｋ ———流量模数ꎻ
ｎ ———糙率系数ꎻ
Ａ ———分区面积ꎻ
Ｒ ———水力半径ꎮ
动能校正系数 α 计算公式如下:
α
＝
Ａ２ｔＫ３ｔ
éëêê
Ｋ３ｌｏｂ
Ａ２ｌｏｂ
流量加权系数计算公式如下:
Ｌ＝ＬｌｏｂＱｌｏｂ＋ＬｃｈＱｃｈ＋ＬｒｏｂＱｒｏｂＱｌｏｂ＋Ｑｃｈ＋Ｑｒｏｂ
式中:Ｌｌｏｂ、Ｑｌｏｂ ———左岸滩地距离和流量ꎻ
Ｌｃｈ、Ｑｃｈ ———主河道距离及流量ꎻ
Ｌｒｏｂ、Ｑｒｏｂ ———右岸滩地距离及流量ꎮ
摩阻坡度Ｓｆ计算公式如下: Ｑ＝ＫＳ１ｆ / ２Ｋ＝１�� ４８６ＡＲ２/ ３
该桥梁跨河部分设计尺寸统计见下表１ꎮ
表１
桥梁跨河部分设计高程及尺寸
桥墩号６＃７＃８＃９＃１０＃１１＃１２＃１３＃１４＃１５＃１６＃１７＃１８＃
桥面高程( ｍ) ３９９�� １５４００�� ０７４００�� ９９４０１�� ８６４０２�� ５５４０３�� ０６４０３�� ４４０３�� ５６４０３�� ５４４０３�� ２７４０２�� ７２４０１�� ８９４０１�� ０９
求解一维能量方程式ꎮ 该模型不仅根据糙率的纵
横向分布考虑主河道和滩地的流量分配ꎬ还考虑
了糙率随水位的变化ꎬ并且还结合各种形状涉水
建筑物的阻水基理分析阻水情况和能量损失ꎮ
其基本能量方程式表示如下:
Ｚ２
＋
Ｙ２
＋
α２Ｖ２２２ｇ

HEC RAS三维河道水力分析计算系统在桥梁优化设计的应用研究

HEC RAS三维河道水力分析计算系统在桥梁优化设计的应用研究杨磊磊【摘要】Based on computational fluid dynamics, and using three-dimensional river hydraulic model HEC-RAS ( River Analyse System) , this paper took the interchange bridge No. 2 as the research object, which is situated on the Bejaia Express Highway in Algeria and was still under construction. Meanwhile, under the same geological condition and with once-in-a-hundred-year flood peak flow, the paper analyzed the influences of different bridge span schemes on the maximum bridge scouring depth. And then in this paper, the calculation results of three-dimensional river hydraulic model under the condition of different bridge span schemes were analyzed and researched, and finally an economical and reasonable bridge design scheme was determined. This paper provides a new research approach of scheme design for similar bridges at home and abroad in future.%基于计算流体动力学的方法，运用三维河道水力学模型HEC-RAS( River Analyse System)分析阿尔及利贝贾亚高速公路在建项目2号互通桥梁在百年一遇的最大洪峰流量下，不同桥梁孔跨方案在相同地质条件下对桥梁最大冲刷深度的影响，对不同桥梁孔跨方案下三维河道水力学模型计算结果进行分析研究，确定经济合理的桥梁设计方案，为今后国内外同类桥梁设计的方案研究提供了新的研究方法。

基于HEC-RAS_的过水桥涵壅水分析研究

文章编号:1006 2610(2023)05 0031 05基于HEC-RAS 的过水桥涵壅水分析研究陈至立1,张　赞2,安占刚1,曹绮欣1,薛树红1,3,葛　杰1,冯家豪1(1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安　710065;2.黄河水利水电开发集团有限公司,河南济源　459017;3.洪涝灾害应急智慧决策创新工作室,西安　710065)摘　要:为研究过水桥涵在河道防洪中的壅水高度影响,以陕西省榆林市靖边县马营沟流域为例,采用涵洞及堰流联合试算方法和HEC-RAS 模型数值模拟方法,分别计算该流域4座过水桥涵的壅水水位,并进行成果合理性分析及对比㊂结果表明:1号桥涵壅水两种方法计算结果一致,2号桥涵壅水采用涵洞及堰流联合试算方法比HEC-RAS 模型模拟结果高0.02m,3号桥涵壅水采用涵洞及堰流联合试算方法比HEC-RAS 模型模拟结果低0.01m,4号桥涵壅水采用涵洞及堰流联合试算方法比HEC-RAS 模型模拟结果稍低0.01m,两种方法计算过水桥涵壅水的结果相差较小,且均合理实用㊂在项目设计过程中,可根据实际情况任选一种,或者采用两种方法分别计算对比,以增加工程设计的精度㊂关键词:HEC-RAS;数值模拟;过水桥涵;联合试算;壅水分析中图分类号:TV87 文献标志码:A DOI :10.3969/j.issn.1006-2610.2023.05.006Study and Analysis on Backwater of Bridge Culverts based on HEC -RASCHEN Zhili 1,ZHANG Zan 2,AN Zhangang 1,CAO Qixin 1,XUE Shuhong 1,3,GE Jie 1,FENG Jiahao 1(1.PowerChina Northwest Engineering Corporation Limited ,Xi'an　710065,China ;2.Yellow River Water Conservancy and Hydropower Development Group Co.,Ltd.,Jiyuan　459017,China ;3.Flood Disaster Emergency Intelligent Decision-Making Innovation Studio ,Xi'an　710065,China )Abstract :In order to study the influence of backwater height of overflow bridges and culverts on river flood control ,taking the Mayinggou watershed in Jingbian County ,Yulin City ,Shaanxi Province as an example ,the backwater levels of four overflow bridges and culverts in the watershed are calculated by the joint trial calculation method of culverts and weirs and the numerical simulation method of HEC-RAS model ,and the rationality of the results is analyzed and compared.The results show that the calculation results of the two methods for backwater of Bridge and Culvert 1is consistent ;the joint calculation method of culvert and weir flow for backwater of Bridge and Culvert 2is 0.02m higher than the simulation results of HEC-RAS model ,the joint calculation method of culvert and weir flow for backwater of Bridge and Culvert 3is 0.01m lower than the simulation results of HEC-RAS model ,and the joint calculation method of culvert and weir flow for backwater of Bridge and Culvert 4is slightly 0.01m lower than the simulation results of HEC-RAS model.It can be seen that the difference in the results of the two methods in calculating the backwater of overflow bridges and culverts is small ,and both methods are reasonable and practical.During the project design process ,both methods can be chosen in accordance with the actual situation ,or two methods can be used to calculate and compare separately to increase the accuracy of engineering design.Key words :HEC-RAS ;numerical simulation ;overflow bridges and culverts ;joint trial calculation ;backwater analysis 收稿日期:2023-07-12 作者简介:陈至立(1992-),女,陕西省澄城县人,工程师,主要从事水文分析计算㊁水资源评价等工作. 基金项目:中国电力建设股份有限公司重大科技项目(DJ -ZDXM-2022-41).0　前　言近年来,极端天气增多,暴雨洪水的灾害性和突发性骤增,社会经济的高质量发展和人民群众的生命财产安全对河道防洪的要求越来越高,中国水环境治理和河道整治项目的建设也与日俱增[1-2]㊂水面线计算是河道整治项目设计中的重要依据,计算结果的精度关乎着河道防洪安全㊂已有的阻水建筑物(桥㊁涵㊁堰等)降低了河道行洪能力,造成了水位壅高,对河道防洪安全㊁河势稳定等方面产生了重要影响[3]㊂===============================================桥梁壅水对河道防洪的影响一直以来是热点关注问题㊂如何家伟[4]以云南柿子塘1号桥为依托,基于HEC-RAS模型研究了桥墩壅水对河道防洪的影响,结果表明HEC-RAS模型在桥墩壅水计算中具有一定的优势㊂张永华等[5]采用经验公式法和水流数学模型法两种方法,计算分析呼口大桥壅水高度,取得了较好的结果,为项目决策提供了科学依据㊂蒋卫威等[6]以山区河流梅溪的跨河桥梁为例,构建了桥梁的三维模型,分析了FLOW3D模拟值与经验公式的壅水计算值,为桥梁壅水计算提供了重要参考㊂燕琴等[7-13]基于HEC-RAS恒定流模型对上犹江特大桥建设时期和建设完成后进行壅水计算分析,计算结果符合工程应用实际,且该方法简单高效,可在桥梁壅水分析方面推广㊂众多学者对桥梁壅水的研究大部分为常规的梁桥形式或不过水桥,对过水桥涵的壅水研究鲜有,洪水来临时,水位淹没桥涵顶部,对河道管理及周边人民生命财产安全有着至关重要的影响,于此,本文基于HEC-RAS模型对过水桥涵的壅水进行分析探讨㊂在河道水面线壅水计算中,对于有桥墩的板式桥梁,可采用TB10017-2021‘铁路工程水文勘测设计规范“中的桥前壅水公式进行计算,该公式考虑了桥前流速和断面平均流速对壅水的影响,简单方便,适合于桥墩等形式简单的桥梁㊂而过水桥涵壅水首先需考虑涵洞是否为有压力/无压流,以及进㊁出口局部水头损失㊁隧洞流量系数等参数,其次涵洞以上部分需要按照堰流公式进行分析计算,影响因素复杂,TB10017-2021‘铁路工程水文勘测设计规范“中的桥前壅水公式不适合㊂因此,当阻水建筑物为过水桥涵时,其方法一需根据流量大小,将通过建筑物的流量分为两部分进行试算,一部分为涵洞过流计算,超过涵洞过流能力的部分按桥面堰流计算,两者联合试算,最终确定过水桥涵的壅水高度㊂另外可采用HEC-RAS㊁MIKE11㊁MIKE21模型进行数值模拟分析㊂本文基于HEC-RAS模型和涵洞及堰流联合试算方法,以陕西省榆林市靖边县马营沟流域为例,研究过水桥涵的壅水水位高程,为过水建筑物壅水计算分析提供计算依据㊂1　经验公式与模型简介1.1　经验公式简介当河道阻水建筑物为板桥或者梁桥形式时,可采用我国TB10017-2021‘铁路工程水文勘测设计规范“中的桥前壅水计算经验公式分析,该公式对能量守恒方程进行了简化[8],表达式如下:ΔZ m=η(V m2-V02)(1)式中:ΔZ m为桥前最大壅水高度,m;η为与河段特征及河滩路堤阻挡流量和设计流量的比值有关的系数;V m为桥下断面平均流速,m/s;V0为桥前断面平均流速,m/s㊂当阻水建筑物为过水桥涵时,涵洞一般为有压流,泄流能力由下式计算:Q1=μω2g(T0-h p)(2)式中:μ为流量系数;ω为涵洞出口断面面积,m2;T0为上游水面与涵洞出口底板高程差T,及上游行近流速水头V20/2g之和,一般可认为T0≈T;h p为涵洞出口断面水流的平均单位势能,h p=0.5a+p/γ;a 为出口断面洞高,m;p/γ为出口断面平均单位压能㊂当有压涵洞出口为自由出流时,p/γ的值取决于出口断面下游的边界衔接情况和出口断面水流的弗劳德数,一般小于0.5a㊂它反应了出口断面压力分布不符合静水压力规律和出口段顶部存在负压的情况㊂当出口段为逐渐收缩时,出口段顶部负压得以消除,可取p/γ等于0.5a㊂当出口为淹没出流时,可取h p等于h s,h s为出口断面底板起算的下游水深㊂公式(2)中的流量系数μ,由下式计算:μ=11+∑ζi(ωωi)2+∑2gl i C2i R i(ωωi)2(3)式中:ω为涵洞出口断面面积,m2;ζi为涵洞第i段上的局部能量损失系数,与之相应的流速所在的断面面积为ωi(上式根号内第二项中的ωi);l i为涵洞第i段的长度,m;与之相应的断面面积㊁水力半径和谢才系数分别为(上式根号内第二项中的ωi)㊁R i㊁C i㊂桥面以上部分过水,按堰流流量公式计算:Q2=σsσc mnb2g H3/20(4)式中:b为每孔净宽,m;n为闸/涵孔孔数;H0为包括行近流速水头的堰前水头,即H0=H+V202g,m;m为流===============================================量系数,与堰型㊁堰高等边界条件有关;σs为侧收缩系数;σc为淹没系数㊂过桥总流量:Q总=Q1+Q2(5) 阻水建筑物为过水桥涵,且过水流量大于涵洞过流能力时,需运用式(2)~(5)联合试算㊂先假定桥上水位,再根据涵洞尺寸等相关参数试算涵洞的过流流量,同时根据桥面(堰)的尺寸试算堰流过流量,当堰的过流量和涵洞过流量之和等于该断面的设计流量时,所假定的桥上水位即为所求的壅水位高程㊂1.2　HEC-RAS模型HEC-RAS是由美国陆军工程兵团水文工程中心开发的软件㊂适用于河道治理项目中的一维水动力计算,可进行桥梁㊁涵洞㊁闸门等涉水建筑物的水面线分析计算㊂HEC-RAS软件模拟河道断面及涉水建筑物,有能量守恒方程㊁动量平衡等方法㊂能量守恒方程如下:Z2+Y2+α2V 2 22g=Z1+Y1+α1V212g+h e(6)式中:α1,α2为流速权重系数;Z1,Z2为上下游断面河床底高,m;Y1,Y2为断面水深,m;V1,V2为断面平均流速,m/s;h e为能量水头损失㊂HEC-RAS软件把桥/涵在河道中的能量损失主要分为以下三部分:第一部分是桥/涵上游段的能量损失㊁第二部分是桥/涵自身的能量损失㊁第三部分是桥/涵下游段的能量损失[9-10]㊂因此,模拟桥/涵壅水时,需要在软件中设置4个断面,方能建成一个完整的桥/涵模型,HEC-RAS桥/涵模拟断面布置如图1所示㊂各断面布置原则为:1号断面布置在桥/涵下游较远处,保证水流情况不受桥/涵影响; 2号断面在桥/涵下游较近处,能够反映桥/涵下游断面的情况;3号断面在桥/涵的上游较近处,主要反映邻近桥/涵上游的断面情况;4号断面在桥/涵上游较远处,保证水流不受桥/涵的影响㊂2　研究实例马营沟是陕北无定河支流大理河左岸老庄沟的一级支流,是大理河的二级支流,发源于靖边县高家沟便民服务中心庞家畔村,自北向南流经左挂山村㊁庙界村㊁陈家砭村,于靖边县青阳岔镇陈家砭村汇入老庄沟㊂河道全长16.58km,流域面积65.3km2㊂图1　HEC-RAS桥/涵模拟断面布置马营沟流域地形西北高东南低,高程在1200.00~1400.00m,上游分水岭最高点庞家畔村海拔1440.00m,沟口处海拔高程1200.00m左右㊂地貌属黄土丘陵沟壑区,植被稀疏,以沙生植物为主㊂马营沟流域如图2所示㊂图2　马营沟流域河道水面线计算采用天然河道恒定非均匀流能量守恒方程,按全断面计算水面线㊂马营沟设计河段内有过水桥涵4座,需考虑其壅水作用对水面线的影响,桥涵尺寸见表1,桥涵图片见图3~4㊂===============================================图3　马营沟1号桥和2号桥照片图4　马营沟3号桥和4号桥照片表1　马营沟流域桥涵尺寸表河段桥涵编号桥长/m 桥宽/m 河底高程/m桥面高程/m孔数/个每孔直径/m 孔顶高程/m马营沟1号桥14.041188.081187.48321186.982号桥12.041185.641188.89221187.023号桥8.541188.231191.14211188.904号桥17.061192.521196.1331.61193.63 根据现场踏勘得知,马营沟为天然河道,河道内杂草丛生,参考‘水力学计算手册“(第二版),确定河道糙率为0.034㊂桥涵为砖桥,涵洞顶部光滑,糙率取0.017,底部取0.034,根据测量断面位置及尺寸,在模型中输入断面数据,并在相应位置加入桥涵数据,桥涵进口局部水头损失系数取0.05,出口局部水头损失系数根据不同断面参数模型自动率定,堰流部分堰流系数取1.4,再根据涵洞尺寸输入洞长㊁距离上游断面的间距和堰的高程尺寸等参数,参数设置完成并检查无误后,模型模拟河段水位,即可得到壅水水面线㊂选取马营沟最下游断面10年一遇的水位~流量关系曲线控制断面起推水位㊂水位~流量关系曲线见图5㊂图5马营沟最下游断面10年一遇水位~流量关系曲线由于1号桥涵距离2号桥涵1.6km,而1号桥涵壅水长度影响范围为834m,因此1号桥涵的壅水未影响至2号桥涵处;2号桥涵距离3号桥涵2.7km,2号桥涵的壅水长度影响范围为289m,因此2号桥涵的壅水未影响至3号桥涵处;3号桥涵距离4号桥涵4.3km,3号桥涵的壅水长度影响范===============================================围为312m,因此3号桥涵的壅水未影响至4号桥涵处㊂经计算天然河道水面线,马营沟1~4号桥涵均为过水桥涵㊂根据表1中桥涵尺寸,采用涵洞和堰流联合试算的方法和HEC-RAS 软件模拟桥涵壅水的方法,分别计算得到桥涵壅水水位,该壅水水位与不考虑桥涵壅水的天然河道水位之差值,即为桥涵的壅水高度㊂马营沟1~4号桥涵10年一遇桥涵壅水成果及对比见表2和图6㊂表2　马营沟工程段桥涵壅水成果表桥梁编号桥梁型号洪水频率下游断面水位/m 桥下水位/m 壅水高度/m 涵洞+堰流联合试算HEC-RAS 涵洞+堰流联合试算HEC-RAS差值1号过水桥涵10%1188.271188.951188.950.680.680　2号过水桥涵10%1189.771190.051190.030.280.260.023号过水桥涵10%1191.671192.001192.010.330.340.014号过水桥涵10%1196.911197.281197.290.370.380.01图6　不同方法桥涵壅水高度计算值对比由图6分析可知,1号桥涵采用涵洞+堰流联合试算方法和HEC -RAS 模型模拟结果一致,2号桥涵采用涵洞+堰流联合试算方法比HEC-RAS 模型模拟结果高0.02m,3号桥涵采用涵洞+堰流联合试算方法比HEC-RAS 模型模拟结果低0.01m,4号桥涵采用涵洞+堰流联合试算方法比HEC -RAS 模型模拟结果低0.01m㊂涵洞+堰流联合试算方法合理新颖,HEC-RAS 模型参数均与实际相符,模拟正常,且两者计算的过水桥涵壅水的高度相差校小,因此结果均合理㊂3　结　论(1)河道水面线计算中,当跨河桥涵为过水桥涵时,壅水分析采用‘铁路工程水文勘测设计规范“中的桥前壅水计算经验公式时存在计算参数考虑不恰当㊁阻水建筑物边界条件考虑不周㊁阻水因素考虑不准确等问题[11],因此,可采用涵洞和堰流联合试算的方法进行分析计算,计算成果满足工程精度要求㊂(2)本次研究选取靖边县马营沟10年一遇的水位~流量关系曲线对HEC-RAS 模型的边界条件进行约束,根据马营沟河道现状情况,并参考‘水力学计算手册“(第二版),对河道糙率等参数进行了合理率定㊂从结果看,模型的模拟精度较高,仿真度较好[12-13]㊂(3)HEC-RAS 软件模拟桥涵壅水,操作运用简便㊁仿真效率高㊂联合试算法需要将涵洞和堰流结合起来分析,根据流量大小分情况试算㊂两种方法在桥涵壅水分析的应用上均合理可行㊂本文两种方法的提出为工程跨河桥涵壅水分析提供了技术支撑和参考㊂参考文献:[1]　程静文,程旭强.河道综合治理工程水工设计的若干问题[J].水利水电工程设计,2022,41(1):4-6,49.[2]　戴荣,王琦.基于SCS 模型的资料缺乏地区小流域设计洪水计算方法研究[J].西北水电,2020(6):57-60,67.[3]　袁玉,巴欢欢,胡学东,等.基于HEC-RAS 的水库坝址上下游桥梁工程壅水计算分析[J].水利水电快报,2023,44(1):77-80,86.[4]　何家伟.HEC-RAS 模型在桥墩壅水计算中的应用[J].水利技术监督,2022,172(2):163-165,210.[5]　张永华,刘国梁,丁昌春.呼口大桥防洪评价雍水及回水计算分析[J].黑龙江水利科技,2016,44(1):10-13.[6]　蒋卫威,鱼京善,陈寅生,等.基于FLOW3D 的梅溪洪濑段桥梁雍水三维数值模拟[J].南水北调与水利科技(中英文),2021,19(4):776-785.[7]　燕琴,牛娇.HEC-RAS 模型在桥墩壅水计算与影响分析中的应用[J].江西水利科技,2017,43(1):38-41.[8]　高洪岩,杨栋,齐梅兰,等.跨河桥防洪壅水计算及关键因素分析[J].水利水电技术(中英文),2022,53(4):157-164.[9]　李磊,李月玉,孙艳,等.Hec-Ras 软件在桥梁防洪评价中的应用[J].水力发电,2008,407(3):103-105.[10]　李利娟,陈怀.HEC-RAS 软件在桥梁壅水计算中的应用[J].四川水泥,2022,313(9):181-183.[11]　贺新华,蔡勇斌,蔡晓鸿.跨河桥梁壅水的水面线计算法与经验公式计算法的比较分析[J].江西水利科技,2022,48(6):401-406.[12]　孙治平,赵志宏,刘子金,等.基于MIKE21的跨河桥梁壅水数值模拟分析[J].水资源与水工程学报,2022,33(6):129-136.[13]　戴荣,张瑞涵.HEC-HMS 模型在新疆天山北坡地区设计洪水计算中的应用[J].西北水电,2020(3):22-28.===============================================。

hec-ras在跨河桥梁建筑物阻水壅高计算方法

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HEC-RAS模型在跨河桥梁防洪壅水计算中的应用
发表时间：2018-10-22T11:08:08.947Z 来源：《防护工程》2018年第14期作者：杨作书[导读] 介绍了HEC-RAS模型计算桥梁壅水的基本原理和应用范围，利用 HEC-RAS模型计算了50年、20年和10年一遇设计洪水频率下跨河桥梁建设前后河道水面线
杨作书
中水珠江规划勘测设计有限公司海南分公司海南海口 571126 摘要：介绍了HEC-RAS模型计算桥梁壅水的基本原理和应用范围，利用 HEC-RAS模型计算了50年、20年和10年一遇设计洪水频率下跨河桥梁建设前后河道水面线，分析了桥梁建设前后上游河道水位的壅高，并利用规范的经验公式对计算结果进行了验证，结果表明两者的计算值相差均较小，HEC-RAS模型用于跨河桥梁的壅水计算是合适的。

关键词：HEC-RAS模型；防洪；壅水高度；水面线
0 引言
随着社会经济的发展和需要，河道中出现越来越多的涉河工程，这些跨河桥梁的的建设侵占行洪断面[1]面积，造成河道水位壅高，对河道防洪产生了较大影响。

根据《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则(试行）的规定，对占用河道断面，影响洪水下泄的阻水建筑物，应进行壅水计算。

本文基于HEC-RAS[2]模型对跨河桥梁的壅水进行了研究。

1 HEC-RAS模型介绍
HEC-RAS是美国陆军工程兵团水文工程中心（USACEHEC）开发的河流分析系统（RAS）软件，主要由河流恒定流模型、非恒定流模型、泥沙分析模型、水质分析模型、以及水力设计模块等组成，其在河道水力分析计算中有着广泛应用，且软件经过工程验证，是国际上有名的水文水力工程软件之一。

1.1基本原理
HEC-RAS 软件包括图形界面、水力分析模块、资料输入与管理模块、以及结果输出模块等功能。

用户操作界面见图1，该界面可以进行新建工程，地形和流量文件编辑与管理，并根据不同模拟需求进行恒定流、非恒定流、泥沙、水质分析等。

图1 HEC-RAS最新版V5.0.3使用界面
该模型的基本原理介绍如下：
1、恒定流水动力模型
HEC-RAS恒定流水动力模型计算原理基于能量守恒方程，逐断面采用直接步进法推求，可以对急流、缓流和临界流3种流态进行水面线计算，公式如下：
能量守恒方程：
2 案例计算与分析
2.1工程概况
G河是海南省东方市境内流入海的最大一条河流，发源于东方市与乐东县交界的朦瞳岭。

G河流域面积381 km2，河长54.5km，干流平均坡降4.45‰，由东向西流经陀烈谷地经C城镇，最终汇入北部湾。

GC大桥位于G河下游，距出海口约2.5km，河段较顺直，区间无较大支流汇入。

GC大桥设计长300m，21孔，中墩直径为1.15m，过水净宽277m，设计桥面高程9.8~10.8m，桥板厚度1.0m，设计洪水频率1/100。

河段防洪标准10年一遇。

2.2计算参数选取
本次计算地形资料采用2014 年实测地形。

根据工程规模及河道特性，选取河段长4.3km，共设27个计算断面，第18断面为桥址断面。

断面布置见图2。

河道几何资料的建立: (1) 27号断面为上游边界，位于桥址断面上游1.8km 处，经壅水范围估算此处河段不受回水影响且河道地形平缓。

(2) 结合该河段河道情况选取1号断面为下边界，位于桥址下游2.5km。

（3）本次模型流量边界采用不同频率最大洪峰流量，下边界水位采用对应不频率的设计潮位值。

详见表1。